Am Äquator treten Windgeschwindigkeiten von 540 Kilometern pro Stunde auf. Der markante Große Rote Fleck ist ein isoliertes, gigantisches Wirbelsturmgebiet mit einem Durchmesser von über 16.000 Kilometern, das relativ zur Bewegung anderer Atmosphärenstrukturen in der Umgebung zurückbleibt. Im Gegensatz zu kleineren Wirbeln ist der Große Rote Fleck seit seiner ersten Erwähnung vor 350 Jahren stabil, ist allerdings dynamisch und schrumpft seit 2012 um 900 Kilometer pro Jahr.
Jupiters Großer Roter Fleck, ein gigantisches Sturmsystem. (© NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill)
Erkenntnisse über die Zusammensetzung der Atmosphäre konnten durch spektroskopische Messungen sowohl von der Erde aus, als auch an Bord von Raumsonden gewonnen werden. Zusätzlichen Aufschluss über die obersten Wolkenschichten Jupiters hat die Mission Galileo gebracht, von deren Orbiter aus im Dezember 1995 ein Eintrittskörper mit sechs wissenschaftlichen Experimenten an Bord in die kalte Atmosphäre des Planeten eingetaucht ist.
Die obersten Schichten der dichten Atmosphäre enthalten vorwiegend Wasserstoff (H2), Helium (He), Ammoniak-Eiskristalle (NH3), Ammoniumhydrogensulfid (NH4HS) sowie Wassereis und -tröpfchen (H2O). Der Planet besteht zu einem großen Teil aus einem molekularen Wasserstoff-Helium-Gemisch. Aufgrund des hohen Drucks geht der Wasserstoff ab einer Tiefe von etwa 20.000 Kilometern in einen sogenannten Art metallischen Zustand über. Dabei lösen sich die Elektronen von ihrem Atomkern und werden frei beweglich. Dieser elektrisch sehr gut leitende und um den Jupiterkern rotierende metallische Wasserstoff dürfte die Ursache für das enorm starke Magnetfeld Jupiters sein. Im Zentrum des Planeten befindet sich vermutlich ein Gesteinskern, der 12 bis 45 Erdmassen in sich vereint. Dort erreichen die Temperaturen 36.000 Grad Celsius und es herrschen Drücke von mehr als 30 Millionen bar.
Nach der NASA-Raumsonde Galileo, die sich von Dezember 1995 bis September 2003 in einer Um-laufbahn um Jupiter aufhielt, erreichte die NASA-Mission Juno am 4. Juli 2016 als zweiter Orbiter um den Riesenplaneten ihr Ziel. Sie umkreiste Jupiter auf einer langgestreckten polaren Bahn, die im jupiternächsten Punkt mit ihren Messinstrumenten bis auf 3500 Kilometer an die Wolkengrenze herankommt. Juno führte anhand von 35 nahen Vorbeiflügen eine detaillierte Untersuchung des inneren Aufbaus des Riesenplaneten und seiner polaren Magnetosphäre durch. Entgegen vorheriger Modellannahmen zeigen die Ergebnisse, dass Jupiter einen sehr großen, nicht klar von den darüber liegenden Schichten abgegrenzten Kern besitzt. Das Magnetfeld Jupiters erweist sich als stärker und weitaus komplexer als aus den bisher vorliegenden Daten angenommen. Zudem zeigt die Jupiteratmosphäre in Bezug auf Temperatur und Zusammensetzung starke Zonierungen, die neue Modelle der Dynamik der Jupiteratmosphäre erfordern. Durch Messungen des polaren Magnetfelds und Daten der Partikeldetektoren wurde deutlich, dass die Erzeugung des Polarlichts auf Jupiter deutliche Unterschiede zu den entsprechenden Prozessen auf der Erde aufweist.